鐵礦床采空區(qū)充填治理效果分析方法研究

1、鐵礦床采空區(qū)充填治理效果分析方法研究鐵礦床采空區(qū)充填治理效果分析方法研究f f匯報(bào)內(nèi)容：匯報(bào)內(nèi)容： 項(xiàng)目背景 研究內(nèi)容 研究成果 創(chuàng)新點(diǎn) 訓(xùn)練效果明德博學(xué)明德博學(xué) 勤奮求實(shí)勤奮求實(shí)某礦山于2005開工建設(shè)，2006年建成投產(chǎn)，主要開采Fe23號(hào)礦體。礦山有2條豎井開采礦體，截止2010年已開采346m、323m和303m三個(gè)中段，采礦方法屬空?qǐng)龇?，運(yùn)輸巷道布置在脈內(nèi)，采高15m左右，頂柱高10m左右，礦區(qū)已經(jīng)形成了6.866萬立方米的采空區(qū)，地表有村賓館、活動(dòng)中心、公園、辦公室、鐵路等建構(gòu)筑物，且大部分處于采空區(qū)陷落帶內(nèi)，如果采用隔離法處理采空區(qū)，空區(qū)隨著時(shí)間的增加會(huì)引起覆巖塌陷，導(dǎo)致地表移動(dòng)

2、，最終影響到地表建構(gòu)筑的穩(wěn)定，給附近居民造成災(zāi)難性的后果，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全，影響社會(huì)和諧穩(wěn)定。項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景采用崩落法處理采空區(qū)，地表建構(gòu)筑物不但會(huì)直接毀壞，而且處理大面積的采空區(qū)施工組織困難，同時(shí)爆破產(chǎn)生地震波，會(huì)對(duì)地表周臺(tái)子村的建筑物產(chǎn)生影響，容易引發(fā)安全事故和民事糾紛。綜上所述，采空區(qū)處理方案不能采用隔離法和崩落法處理采空區(qū)，只能采用充填法處理采空區(qū)，充填法處理采空區(qū)有干式充填和濕式充填，為了確保地表建筑和井筒安全可靠，選擇全尾砂膠結(jié)充填采空區(qū)處理方案。項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景 研究內(nèi)容研究內(nèi)容工程背景研究工程背景研究空區(qū)治理效果模型建立空區(qū)治理效果模型建立空區(qū)治理效果

3、分析空區(qū)治理效果分析結(jié)論結(jié)論充填體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)充填體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)地表變形控制效果分析地表變形控制效果分析采空區(qū)充填體穩(wěn)定性分析采空區(qū)充填體穩(wěn)定性分析滯留采空區(qū)治理效果分析模型滯留采空區(qū)治理效果分析模型 采用大型有限元模擬軟件對(duì)礦區(qū)開采過程采空區(qū)與地表沉降過程進(jìn)行了三維仿真模擬。礦區(qū)三維實(shí)體網(wǎng)格模擬如圖1所示，采出礦體網(wǎng)格模擬如圖2所示。模型長600m，寬300m，高210m，148679個(gè)單元。模擬步驟為，首先進(jìn)行了原巖應(yīng)力計(jì)算，其次為分步開挖形成地下采空區(qū)，計(jì)算時(shí)共分三步開挖形成現(xiàn)狀空區(qū)，然后自下而上分次充填。圍巖計(jì)算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)詳查報(bào)告選取，力學(xué)參數(shù)見下表：研究內(nèi)容研究內(nèi)容礦體三維網(wǎng)格示意圖礦

4、體三維網(wǎng)格示意圖：研究內(nèi)容研究內(nèi)容治理效果分析治理效果分析：滯留采空區(qū)充填體穩(wěn)定性分析滯留采空區(qū)充填體穩(wěn)定性分析提取了空區(qū)充填后，充填體的位移和最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力云圖。研究內(nèi)容研究內(nèi)容最大主應(yīng)力云圖研究內(nèi)容研究內(nèi)容最小主應(yīng)力云圖研究內(nèi)容研究內(nèi)容x 方向位移云圖研究內(nèi)容研究內(nèi)容y 方向位移云圖研究內(nèi)容研究內(nèi)容z 方向位移云圖研究內(nèi)容研究內(nèi)容xyz 方向位移云圖結(jié)果分析結(jié)果分析： 充填體的水平方向位移主要是在圍巖作用下產(chǎn)生的，由充填體的側(cè)幫向中心運(yùn)動(dòng)，位移值變化較小，范圍在2.65.4cm以內(nèi)。垂直方向空區(qū)大的采場(chǎng)充填體位移值較大，范圍在1925cm以內(nèi)。充填體最大主應(yīng)力均為壓應(yīng)力，范圍在0.

5、190.45MPa以內(nèi)，充填體最小主應(yīng)力均為壓應(yīng)力，范圍在0.140.50MPa以內(nèi)，均小于充填體的抗壓強(qiáng)度值。研究內(nèi)容研究內(nèi)容充填體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)充填體穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 基于安全系數(shù)法對(duì)充填體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，Mohr-Coulomb 屈服條件的巖體破壞安全系數(shù)： （1） 對(duì)充填體布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，提取其主應(yīng)力，運(yùn)用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了安全系數(shù)分析。研究內(nèi)容研究內(nèi)容2sin2cos3131cFs充填體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖所示：提取充填體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主應(yīng)力值，根據(jù)公式(1)進(jìn)行計(jì)算可得出不同水平充填體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安全系數(shù)。一水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置二水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置三水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置研究內(nèi)容研究內(nèi)容測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力

6、最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力最小主應(yīng)力安全系數(shù)安全系數(shù)1-0.090-0.3663.3862-0.121-0.2995.3353-0.139-0.2419.5124-0.120-0.2577.1115-0.209-0.3526.1616-0.087-0.2824.9767-0.135-0.2766.7768-0.178-0.2997.6179-0.241-0.3309.90210-0.216-0.3297.94711-0.261-0.3956.30412-0.209-0.3984.56513-0.255-0.4444.35514-0.158-0.2658.87215-0.248-0.3925.9031

7、6-0.300-0.5413.13417-0.129-0.3394.43018-0.218-0.3705.765研究內(nèi)容研究內(nèi)容第一水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)安全系數(shù)研究內(nèi)容研究內(nèi)容測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力最小主應(yīng)力安全系數(shù)安全系數(shù)1-0.261-0.5083.1932-0.295-0.3888.9103-0.182-0.3654.8734-0.363-0.4806.4785-0.409-0.5107.1456-0.405-0.4987.8757-0.403-0.4868.8638-0.233-0.3726.2099-0.301-0.4375.88510-0.307-0.4246.89511-0

8、.323-0.4725.227第二水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)安全系數(shù)研究內(nèi)容研究內(nèi)容第三水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)安全系數(shù)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力最小主應(yīng)力安全系數(shù)安全系數(shù)1-0.379-0.5045.8922-0.308-0.4575.2993-0.301-0.4296.3074-0.403-0.4957.9485-0.330-0.4496.6056-0.310-0.4187.4957-0.359-0.4647.2628-0.279-0.4245.6669-0.362-0.4746.79610-0.355-0.4666.87811-0.390-0.4887.51312-0.352-0.4666.69413-0

9、.367-0.4866.28914-0.402-0.4967.81915-0.308-0.4326.492第三水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)安全系數(shù)地表變形控制效果分析地表變形控制效果分析 地表變形控制效果運(yùn)用對(duì)比的方法進(jìn)行分析，對(duì)采場(chǎng)開挖不充填和充填兩種方法開采對(duì)地表的變形進(jìn)行對(duì)比。選取礦區(qū)的66線和68線在地表布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，提取不同方案的模擬結(jié)果進(jìn)行分析。測(cè)點(diǎn)布置如圖所示。通過不同方案的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值對(duì)比表和曲線圖，可以清晰的看出采用充填后對(duì)地表變形值控制明顯。研究內(nèi)容研究內(nèi)容地表變形控制效果分析測(cè)點(diǎn)布置圖測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)充填后沉降值充填后沉降值/mm開挖后沉降值開挖后沉降值/mm控制效果控制效果13.417.931

10、32.40%24.0110.29156.50%3-1.79-2.4536.90%4-32.34-67.19107.80%5-58.18-134.23130.70%6-16.34-38.14133.40%75.0811.49126.40%研究內(nèi)容研究內(nèi)容66線不同采礦方法測(cè)點(diǎn)沉降對(duì)比表測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)充填后沉降值充填后沉降值/mm開挖后沉降值開挖后沉降值/mm控制效果控制效果11.133.16179.00%2-6.23-12.3598.30%3-32.9-75.88130.60%4-43.12-110.44156.10%5-17.28-50.37191.50%6-3.96-6.5966.40%72.07

11、2.5724.30%研究內(nèi)容研究內(nèi)容68線不同采礦方法測(cè)點(diǎn)沉降對(duì)比表 通過不同方案的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值對(duì)比曲線圖，可以清晰的看出采用充填滯留后對(duì)地表變形值控制明顯。研究內(nèi)容研究內(nèi)容66線68線項(xiàng)目研究成果項(xiàng)目研究成果 基于河北某礦山滯留采空區(qū)現(xiàn)狀和特點(diǎn)，提出了合理的充填治理方案，建立了滯留采空區(qū)充填治理效果分析模型，運(yùn)用有限元理論，在分析滯留采空區(qū)充填后充填體位移和應(yīng)力場(chǎng)規(guī)律分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則對(duì)充填體敏感點(diǎn)進(jìn)行了安全系數(shù)計(jì)算，并采用對(duì)比法分析了采場(chǎng)開挖不充填和充填兩種方案的地表變形控制效果，綜合分析了該鐵礦床滯留采空區(qū)充填治理效果，該研究方法對(duì)治理方案實(shí)施和類似礦山空區(qū)治理具有指導(dǎo)意義。研究成果研究成果項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn) 建立基于有限元理論的鐵礦床采空區(qū)充填效果分析模型，提出基于Mohr-Coulomb準(zhǔn)則和充填體位移和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)分析的鐵礦床采空區(qū)充填治理效果分析方法。創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)項(xiàng)目訓(xùn)練效果項(xiàng)目訓(xùn)練效果 通過本項(xiàng)目的研究與學(xué)習(xí)，使我們每位成員在科學(xué)思維等方面有了很大的提升，開拓了我們的眼界，同時(shí)也讓我們了解了很多較為先